(57)【要約】【課題】  燃料電池の電気的特性を評価するに際しアノード拡散インピーダンスの影響を取り込むことで、燃料電池の精緻な評価を可能とする燃料電池の特性評価方法および特性評価装置を提供する。【解決手段】  例えば、以下の等価回路モデルを用いてフィッティングを行う。（１）カソードの反応インピーダンスに相当する、並列接続された容量値Ｃｃａ１のコンデンサおよび抵抗値Ｒｃａ１の抵抗と、（２）カソードの拡散インピーダンスに相当する、並列接続された容量値Ｃｃａ２のコンデンサおよび抵抗値Ｒｃａ２の抵抗と、（３）固体高分子膜１の抵抗に相当する抵抗値Ｒｉｒの抵抗と、（４）アノードの拡散インピーダンスに相当する、並列接続された容量値Ｃａｎ２のコンデンサおよび抵抗値Ｒａｎ２の抵抗と、（５）アノードの反応インピーダンスに相当する、並列接続された容量値Ｃａｎ１のコンデンサおよび抵抗値Ｒａｎ１の抵抗と、が直列に接続される。【選択図】図１
2007066589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
等価回路モデルへのフィッティングを行うことで燃料電池の電気的特性を評価する燃料電池の特性評価方法において、
前記等価回路モデルに、アノード拡散インピーダンスを組み込むことを特徴とする燃料電池の特性評価方法。
【請求項２】
前記等価回路モデルに、膜抵抗、カソード反応インピーダンス、カソード拡散インピーダンスおよびアノード反応インピーダンスを組み込むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池の特性評価方法。
【請求項３】
前記アノード拡散インピーダンスは、抵抗とコンデンサとを並列接続した等価回路として表現されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池の特性評価方法。
【請求項４】
前記アノード拡散インピーダンスは、直列接続されたアノードの反応抵抗に相当する抵抗およびアノード拡散抵抗に相当するワールブルグ抵抗と、アノードの電気二重層容量に相当するコンデンサと、を並列接続した等価回路として表現されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池の特性評価方法。
【請求項５】
カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池を用意し、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続し、前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させるステップと、
前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記アノード本電極と前記アノード分割電極の間の前記負荷電流に対する電圧の周波数応答を測定するステップと、
測定された前記負荷電流と電圧に基づいて前記等価回路モデルのパラメータをフィッティングするステップと、
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池の特性評価方法。
【請求項６】
前記燃料電池は固体高分子膜燃料電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池の特性評価方法。
【請求項７】
燃料電池に接続される負荷の電流に交流成分を重畳させる負荷制御手段と、
負荷の電流に対する燃料電池の周波数応答を計測する計測手段と、
計測された前記周波数応答に基づいて等価回路モデルのパラメータをフィッティングするフィッティング手段と、
を備える特性評価装置において、
前記等価回路モデルに、アノード拡散インピーダンスを組み込むことを特徴とする燃料電池の特性評価装置。
【請求項８】
前記等価回路モデルに、膜抵抗、カソード反応インピーダンス、カソード拡散インピーダンスおよびアノード反応インピーダンスを組み込むことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池の特性評価装置。
【請求項９】
前記アノード拡散インピーダンスは、抵抗とコンデンサとを並列接続した等価回路として表現されることを特徴とする請求項７または８に記載の燃料電池の特性評価装置。
【請求項１０】
前記アノード拡散インピーダンスは、直列接続されたアノードの反応抵抗に相当する抵抗およびアノード拡散抵抗に相当するワールブルグ抵抗と、アノードの電気二重層容量に相当するコンデンサと、を並列接続した等価回路として表現されることを特徴とする請求項７または８に記載の燃料電池の特性評価装置。
【請求項１１】
前記燃料電池は、カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置され、
前記負荷制御手段は、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に接続された負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、
前記計測手段は、前記アノード本電極と前記アノード分割電極の間の前記負荷電流に対する電圧の周波数応答を測定することを特徴とする請求項７〜１０のいずれか１項に記載の燃料電池の特性評価装置。
【請求項１２】
前記燃料電池は固体高分子膜燃料電池であることを特徴とする請求項７〜１１のいずれか１項に記載の燃料電池の特性評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池の電気的特性を評価する特性評価方法および特性評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素とを化学反応させて発電する燃料電池が知られている。燃料電池はエネルギー問題や環境問題に対する１つの解答を与え得るものとして期待されている。また、燃料電池の電気的特性を評価する方法として、燃料電池の内部インピーダンスを示す等価回路モデルを用意し、測定結果に基づいて等価回路モデルのパラメータをフィッティングする方法が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１１６６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来用いられている等価回路モデルでは燃料電池の内部インピーダンスを充分に評価しきれないという問題がある。燃料電池の電圧損失には、膜抵抗、カソード反応インピーダンス、カソード拡散インピーダンス、アノード反応インピーダンスおよびアノード拡散インピーダンスに起因するものがあることが知られている。しかし、従来の等価回路モデルでは、アノード拡散インピーダンスの項を取り込んでいないため、とくに電流密度が大きい領域で電圧損失を正しく評価できない。
【０００５】
とくに固体高分子膜燃料電池では、電流密度が大きくなるとカソードで生成した水のアノード側への浸透量が増大する。このため、膜を通して滲み出してきた生成水が電極間の空隙を埋め、アノードでの燃料拡散を阻害することが考えられる。燃料ガスを加湿して使うシステムの場合には、その阻害影響はより大きくなる。また、電極面内に温度分布が存在する場合には、結露の影響も無視できない。
【０００６】
本発明の目的は、燃料電池の電気的特性を評価するに際しアノード拡散インピーダンスの影響を取り込むことで、燃料電池の精緻な評価を可能とする燃料電池の特性評価方法および特性評価装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の燃料電池の特性評価方法は、等価回路モデルへのフィッティングを行うことで燃料電池の内部インピーダンスを評価する燃料電池の特性評価方法において、前記等価回路モデルに、アノード拡散インピーダンスを組み込むことを特徴とする。
この燃料電池の特性評価方法によれば、等価回路モデルに、アノード拡散インピーダンスを組み込むので、燃料電池の電気的特性を評価するに際しアノード拡散インピーダンスの影響を取り込むことができる。
【０００８】
前記等価回路モデルに、膜抵抗、カソード反応インピーダンス、カソード拡散インピーダンスおよびアノード反応インピーダンスを組み込んでもよい。
【０００９】
前記アノード拡散インピーダンスは、抵抗とコンデンサとを並列接続した等価回路として表現されてもよい。
【００１０】
前記アノード拡散インピーダンスは、直列接続されたアノードの反応抵抗に相当する抵抗およびアノード拡散抵抗に相当するワールブルグ抵抗と、アノードの電気二重層容量に相当するコンデンサと、を並列接続した等価回路として表現されてもよい。
【００１１】
カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置された燃料電池を用意し、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続し、前記負荷に流れる電流に交流成分を重畳させるステップと、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に負荷を接続した状態で前記アノード本電極と前記アノード分割電極の間の電圧の前記負荷電流に対する周波数応答を測定するステップと、測定された前記負荷電流と前記電圧に基づいて前記等価回路モデルのパラメータをフィッティングするステップと、を備えてもよい。
この場合には、アノード本電極とアノード分割電極の間の電圧の周波数応答をカソード側から切り離して測定できるので、アノード側のインピーダンスについて精緻なフィッティングを実行できる。
【００１２】
前記燃料電池は固体高分子膜燃料電池であってもよい。
【００１３】
本発明の燃料電池の特性評価装置は、燃料電池に接続される負荷電流に交流成分を重畳させる負荷制御手段と、負荷電流に対する燃料電池の電圧周波数応答を計測する計測手段と、計測された前記電圧周波数応答に基づいて等価回路モデルのパラメータをフィッティングするフィッティング手段と、を備える特性評価装置において、前記等価回路モデルに、アノード拡散インピーダンスを組み込むことを特徴とする。
この燃料電池の特性評価装置によれば、等価回路モデルに、アノード拡散インピーダンスを組み込むので、燃料電池の電気的特性を評価するに際しアノード拡散インピーダンスの影響を取り込むことができる。
【００１４】
前記等価回路モデルに、膜抵抗、カソード反応インピーダンス、カソード拡散インピーダンスおよびアノード反応インピーダンスを組み込んでもよい。
【００１５】
前記アノード拡散インピーダンスは、抵抗とコンデンサとを並列接続した等価回路として表現されてもよい。
【００１６】
前記アノード拡散インピーダンスは、直列接続されたアノードの反応抵抗に相当する抵抗およびアノード拡散抵抗に相当するワールブルグ抵抗と、アノードの電気二重層容量に相当するコンデンサと、を並列接続した等価回路として表現されてもよい。
【００１７】
前記燃料電池は、カソード電極およびアノード電極が、互いに対向して配置され、前記カソード電極がカソード本電極およびカソード分割電極に分割され、前記アノード電極がアノード本電極およびアノード分割電極に分割され、前記カソード分割電極および前記アノード分割電極が同一領域で互いに対向して配置され、前記負荷制御手段は、前記カソード本電極と前記アノード本電極の間に接続された負荷に流れる電流に交流成分を重畳させ、前記計測手段は、前記アノード本電極と前記アノード分割電極の間の電圧の電流に対する周波数応答を測定してもよい。
この場合には、アノード本電極とアノード分割電極の間の電圧の周波数応答をカソード側から切り離して測定できるので、アノード側のインピーダンスについて精緻なフィッティングを実行できる。
【００１８】
前記燃料電池は固体高分子膜燃料電池であってもよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の燃料電池の特性評価方法によれば、等価回路モデルに、アノード拡散インピーダンスを組み込むので、燃料電池の電気的特性を評価するに際しアノード拡散インピーダンスの影響を取り込むことができる。
【００２０】
本発明の燃料電池の特性評価装置によれば、等価回路モデルに、アノード拡散インピーダンスを組み込むので、燃料電池の電気的特性を評価するに際しアノード拡散インピーダンスの影響を取り込むことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は本発明による燃料電池の評価方法で用いられる燃料電池の等価回路モデルを例示する図である。
【００２２】
図１（ａ）に示す等価回路モデルでは、（１）カソードの反応インピーダンスに相当する、並列接続された容量値Ｃｃａ１のコンデンサおよび抵抗値Ｒｃａ１の抵抗と、（２）カソードの拡散インピーダンスに相当する、並列接続された容量値Ｃｃａ２のコンデンサおよび抵抗値Ｒｃａ２の抵抗と、（３）固体高分子膜１の抵抗に相当する抵抗値Ｒｉｒの抵抗と、（４）アノードの拡散インピーダンスに相当する、並列接続された容量値Ｃａｎ２のコンデンサおよび抵抗値Ｒａｎ２の抵抗と、（５）アノードの反応インピーダンスに相当する、並列接続された容量値Ｃａｎ１のコンデンサおよび抵抗値Ｒａｎ１の抵抗と、が直列に接続される。
【００２３】
図１（ｂ）に示す等価モデルでは、（６）直列接続されたカソードの反応抵抗に相当する抵抗値Ｒｃａ１の抵抗およびカソードの拡散抵抗に相当する抵抗値Ｗｃａの抵抗と、カソードの電気二重層容量に相当する容量値Ｃｃａ０のコンデンサと、を並列接続した回路と、（７）固体高分子膜１の抵抗に相当する抵抗値Ｒｉｒの抵抗と、（８）直列接続されたアノードの反応抵抗に相当する抵抗値Ｒａｎ１の抵抗およびアノードの拡散抵抗に相当する抵抗値Ｗａｎの抵抗と、アノードの電気二重層容量に相当する容量値Ｃａｎ０のコンデンサと、を並列接続した回路と、が直列に接続される。
【実施例１】
【００２４】
以下、図２〜図４を参照して、燃料電池の特性評価方法の実施例１について説明する。
【００２５】
図２（ａ）は評価対象である燃料電池の構成を示す断面図、図２（ｂ）は図２（ａ）の右方から見た平面図である。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、本実施形態の燃料電池１００は、燃料電池１００をカソード側とアノード側に区画する固体高分子膜１を備える固体高分子型燃料電池である。カソード側には、固体高分子膜１の側から左方に向けて、カソード触媒層２１Ａ及び２１Ｂ、カソード拡散層２２Ａ及び２２Ｂ、およびカソード電極が、順次積層されている。また、アノード側には、固体高分子膜１の側から右方に向けて、アノード触媒層３１Ａ及び３１Ｂ、アノード拡散層３２Ａ及び３２Ｂ、およびアノード電極が、順次積層されている。これらの層は、カソード電極およびアノード電極が形成された領域において実質的に均一に形成されており、カソード電極２およびアノード電極３は均一な距離を介して互いに対向して配置されている。
【００２７】
また、カソード電極とケース４の間にはカソードガス流路２６が、アノード電極とケース４の間にはカソードガス流路３６が、それぞれ形成されている。カソード電極には酸化剤（空気、若しくは、酸素）、アノード電極には燃料ガスが与えられる。カソードガス流路２６およびカソードガス流路３６の形状は図示されていないが、これらの流路は燃料ガスの供給量（濃度）を制御するための形状に適宜形成される。
【００２８】
図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、カソード電極はカソード本電極２Ａと、カソード分割電極２Ｂとに分割され、両者は電気的に分離されている。また、アノード電極はアノード本電極３Ａと、アノード分割電極３Ｂとに分割され、両者は電気的に分離されている。図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、カソード分割電極２Ｂおよびアノード分割電極３Ｂは、カソード電極およびアノード電極の比較的小さな同一領域に設けられ、互いに対向して配置されている。
【００２９】
図２（ａ）に示すように、カソード本電極２Ａには端子２４が、カソード分割電極２Ｂには端子２５が、それぞれ接続され、ケース４の外部に引き出されている。また、アノード本電極３Ａには端子３４が、アノード分割電極３Ｂには端子３５が、それぞれ接続され、ケース４の外部に引き出されている。
【００３０】
図３は燃料電池の電気的特性を測定する方法を示す図である。
【００３１】
図３に示すように、端子２４および端子３４を介して、カソード本電極２Ａおよびアノード本電極３Ａの間に電子負荷５が接続される。また、端子２４、端子２５、端子３４および端子３５を介して、カソード本電極２Ａ、カソード分割電極２Ｂ、アノード本電極３Ａおよびアノード分割電極３Ｂの電位が測定される。
【００３２】
図３に示すように、燃料電池１００の発電時に、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間のセル電圧Ｖ、カソード分割電極２Ｂとアノード分割電極３Ｂ間の電圧Ｖ１、アノード分割電極３Ｂとアノード本電極３Ａ間の電圧Ｖ２、カソード分割電極２Ｂとカソード本電極２Ａ間の電圧Ｖ３が、それぞれ測定される。
【００３３】
図４は燃料電池の電圧特性を説明する図である。図４に示すように、セル電圧Ｖは理論開回路電圧Ｖｏｃから、各種の過電圧あるいは電圧損失を減算したものとして示される。燃料電池１００の性能の点で、これらの過電圧あるいは損失電圧を抑制することが望まれる。
【００３４】
一般に、カソード側の過電圧としては、カソード活性化過電圧Ｖｃａ１と、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２とが存在すると考えられる。カソード活性化過電圧Ｖｃａ１はカソード側での化学反応に要するエネルギーに、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２はカソード側のガス濃度に、それぞれ依存する過電圧である。また、アノード側の過電圧としては、アノード活性化過電圧Ｖａｎ１と、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２とが存在すると考えられる。アノード活性化過電圧Ｖａｎ１はアノード側での化学反応に要するエネルギーに、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２はアノード側のガス濃度に、それぞれ依存する過電圧である。なお、図４において、理論開回路電圧Ｖｏｃは発電条件、すなわち、温度、供給ガス圧による補正がなされている。また、燃料電池１００各部の膜抵抗を含む抵抗過電圧Ｖｒをカソード側に集約して示している。
【００３５】
カソード分割電極２Ｂとアノード分割電極３Ｂ間の電圧Ｖ１と、理論開回路電圧Ｖｏｃとの差は、固体高分子膜１を介しての燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏに対応すると考えられる。
【００３６】
本実施形態では、電圧Ｖ２がアノード側の過電圧に、電圧Ｖ３がカソード側の過電圧に、それぞれ対応しており、アノード側の過電圧とカソード側の過電圧とを分離して測定できる。したがって、性能の管理に必要な情報として、より詳細で有用な情報を得ることができる。
【００３７】
これらの過電圧は、燃料電池１００の製造後の検査や出荷時検査における評価対象として利用できる。また、過電圧を測定することで、燃料電池の経時変化を調べることもできる。例えば、長期的には、膜劣化などで固体高分子膜１を介する燃料ガスの透過率が高くなり、上記燃料クロスオーバ起因の過電圧Ｖｃｏが上昇する。このため、過電圧Ｖｃｏの値を、膜の劣化の程度を判断するための管理値として用いることができる。
【００３８】
また、図４に示すように、「Ｖ１＝Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３」の関係がある。このため、Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３の電圧をすべて測定する場合には、測定値を用いた検算をすることができ、測定の信頼性を向上させることができる。
【００３９】
電気的インピーダンスの測定結果を等価回路モデルフィッティングすることで、アノード側の活性化過電圧、濃度過電圧、膜抵抗過電圧、カソード側の活性化過電圧、濃度過電圧の分離が可能になる。このモデル化により燃料電池の各要素（拡散層、触媒層、膜）と各過電圧を関係付けることができ、性能向上のための設計フィードバックが可能になる。また、出荷時の合否判断において理想（設計）モデルとの比較、差分管理が要素毎に可能となる。経時劣化評価においては初期等価回路定数の変化を指標とすることができる。
【００４０】
図５は、燃料電池１００の電気的特性を測定する測定装置の構成を示すブロック図である。
【００４１】
図５に示すように、測定装置７０は、上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を取得する計測部７１と、計測部７１を介して得られた電圧値に基づく演算を実行する演算部７２と、計測部７１により取得した電圧値あるいは演算部７２における演算結果を出力する出力部７３と、計測部７１、演算部７２、出力部７３および上記電子負荷５を制御する制御部７４とを備える。
【００４２】
図６は測定装置７０の動作手順を示すフローチャートである。この手順は制御部７４の制御に基づいて実行される。
【００４３】
図６のステップＳ１１〜ステップＳ２３は、交流成分の測定手順を示している。
【００４４】
図６のステップＳ１１では、電子負荷５を制御して所定の直流電流の負荷をカソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間に与える。次に、ステップＳ１２では計測部７１により上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値Ａを取得する。
【００４５】
次に、ステップＳ１３では、演算部７２において、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を用いて検算を行い、正常な測定が実行されているか否か判断する。判断が肯定されればステップＳ１４へ進み、判断が否定されればステップＳ１２へ戻って電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を再度取得する。
【００４６】
ステップＳ１４では、出力部７３を介して、取得された電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値Ａのデータを出力若しくは記憶する。出力若しくは記憶された電圧Ｖ１若しくはＶ＋Ｖ２＋Ｖ３を用いることで、図３で示した燃料クロスオーバーに起因する損失電圧Ｖｃｏ（Ｖｃｏはアノードのガス温度、ガス圧力、カソードのガス温度、ガス圧力によって補正された理論ＶｏｃからＶ１（或いは、Ｖ＋Ｖ２＋Ｖ３）を引くことで求められる）を算出することができる。
【００４７】
ステップＳ１５では負荷に所望の振幅、周波数の交流電流を重畳し、ステップＳ１６では上記電圧Ｖ，Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３、電流値の波形を取得する。ステップＳ１７ではインピーダンス演算を行う。
【００４８】
次に、ステップＳ１８では、予定されたすべての測定条件、例えば、すべての周波数について測定が終了したか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ２０に進み、判断が否定されればステップＳ１９で重畳交流の周波数を変更しステップＳ１５へ戻る
【００４９】
次に、ステップＳ２０では、予定されたすべての測定条件が終了したか否か判断し、判断が肯定されれば一連の処理を終了し、判断が否定されればステップＳ２１で直流電流値を変更しステップＳ１１へ戻る。この場合、ステップＳ１９では、次の測定条件に合わせて電子負荷５を制御し、上記の測定手順（ステップＳ１２〜ステップＳ１７）を繰り返す。
【００５０】
以上の手順により、カソード本電極２Ａとアノード本電極３Ａ間の負荷に加える交流成分の周波数を変化させたときの、電圧Ｖ２および電圧Ｖ３の応答特性を取得することができる。
【００５１】
次に、ステップＳ２２では、演算部７２において、電圧Ｖ２、電圧Ｖ３のインピーダンスの周波数特性から、燃料電池の等価回路モデルのパラメータのフィッティングを行い、ステップＳ２３で結果出力を行う。
【００５２】
図７は燃料電池の等価回路モデルの一例を示す図である。図７において、並列接続されたコンデンサＣｃａ１および抵抗Ｒｃａ１はカソードの反応インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣｃａ２および抵抗Ｒｃａ２はカソードの拡散インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣａｎ１および抵抗Ｒａｎ１はアノードの反応インピーダンスに、並列接続されたコンデンサＣａｎ２および抵抗Ｒａｎ２はアノードの拡散インピーダンスに、それぞれ対応する。また、抵抗Ｒｉｒは固体高分子膜１の抵抗値に対応する。
【００５３】
図３に示したカソード活性化過電圧Ｖｃａ１、カソード濃度過電圧Ｖｃａ２、アノード活性化過電圧Ｖａｎ１、アノード濃度過電圧Ｖａｎ２および抵抗過電圧Ｖｒは、ぞれぞれ、カソードの反応インピーダンス、カソードの拡散インピーダンス、アノードの反応インピーダンス、アノードの拡散インピーダンスおよび抵抗Ｒｉｒに基づき発生する。
【００５４】
ステップＳ２２では、これらのコンデンサの容量および抵抗の抵抗値を電流と電圧Ｖ２（或いは、電圧Ｖ３）の位相関係、ゲイン関係によりフィッティングする。本実施形態では、カソード側の過電圧を電圧Ｖ３として、アノード側の過電圧を電圧Ｖ２として、それぞれ取得することができる。このため、カソードの反応インピーダンスおよびカソードの拡散インピーダンスに対応する容量および抵抗値は電圧Ｖ３と電流の位相とゲインの関係に基づき、アノードの反応インピーダンスおよびアノードの拡散インピーダンスに対応する容量および抵抗値は電圧Ｖ２と電流の位相とゲインの関係に基づき、それぞれ独立して算出する。したがって、燃料電池の過電圧をアノード、カソードに分離して算出することが可能になる。
【００５５】
次に、ステップＳ２３では、フィッティングによる算出結果を、出力部７４を介して出力し、一連の手順を終了する。
【００５６】
本実施例ではアノード拡散インピーダンスを組み込んだ等価回路モデルを用いるので、アノード拡散インピーダンスの影響が正確に反映された等価回路を得ることができる。とくに、電流密度が大きな領域でも、実際の燃料電池の挙動を正確に示すことができる。
【００５７】
また、本実施例では、カソード側の過電圧を電圧Ｖ３として、アノード側の過電圧を電圧Ｖ２として、それぞれ取得することができる。このため、カソードの反応インピーダンスおよびカソードの拡散インピーダンスに対応する容量および抵抗値は電圧Ｖ３に基づき、アノードの反応インピーダンスおよびアノードの拡散インピーダンスに対応する容量および抵抗値は電圧Ｖ２に基づき、それぞれ独立して算出される。したがって、これらの容量および抵抗値を正確に算出することが可能となる。
【実施例２】
【００５８】
上記実施例１では、カソード側の過電圧とアノード側の過電圧とを分離して測定する例を示した。しかし、本発明はカソード側およびアノード側の過電圧を併せて測定する場合も適用可能である。
【００５９】
図８に示すように、分割電極が設けられていないカソード電極１０２とアノード電極１０３間に電子負荷５を接続し、負荷電流に交流を重畳させたときのカソード電極１０２とアノード電極１０３間の電圧Ｖについて周波数応答を測定することができる。この場合、測定された電圧Ｖの周波数応答に基づいて、図１（ａ）あるいは図１（ｂ）の等価回路モデルのパラメータをフィッティングすればよい。
【００６０】
ただし、この方法では、カソード側の過電圧とアノード側の過電圧とを分離して測定することができない。このため、実施例１に比べ、各パラメータの値を正確に算出することが困難となる。
【００６１】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、固体高分子型燃料電池に対する電気的特性の測定に限らず、すべての燃料電池に対する測定について広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明による燃料電池の評価方法で用いられる燃料電池の等価回路モデルを示す図であり、（ａ）は等価回路モデルの一例を示す図、（ｂ）は別の例を示す図。
【図２】燃料電池の構成を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図。
【図３】燃料電池の電気的特性を測定する方法を示す図。
【図４】燃料電池の電圧特性を説明する図。
【図５】燃料電池の電気的特性を測定する測定装置の構成を示すブロック図。
【図６】測定装置の動作手順を示すフローチャート。
【図７】燃料電池の等価回路モデルの一例を示す図。
【図８】分割電極が設けられていない燃料電池に対する測定方法を示す図。
【符号の説明】
【００６３】
１      固体高分子膜
２Ａ    カソード本電極
２Ｂ    カソード分割電極
３Ａ    アノード本電極
３Ｂ    アノード分割電極
５      電子負荷（負荷）
７０    測定装置（特性評価装置）
７１    計測部（計測手段）
７２    演算部（フィッティング手段）
１００  燃料電池
【図１】
2007066589.tif 000003
【図２】
2007066589.tif 000004
【図３】
2007066589.tif 000005
【図４】
2007066589.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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